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        熒光成像技術(shù)在胸外科手術(shù)中的應(yīng)用進展*

        2021-08-19 09:25:02綜述審校
        中國微創(chuàng)外科雜志 2021年8期
        關(guān)鍵詞:顯像劑胸腔鏡靶向

        管 添 綜述 周 健 審校

        (北京大學(xué)人民醫(yī)院胸外科,北京 100044)

        在過去的20余年中,胸外科技術(shù)日新月異,尤其是胸腔鏡技術(shù)和機器人手術(shù)技術(shù)日趨成熟。然而,技術(shù)進步的同時也帶來了諸多挑戰(zhàn),如術(shù)中結(jié)節(jié)定位、腫瘤邊緣與周圍組織的關(guān)系、乳糜胸等手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥等。通常情況下,術(shù)者只有通過直視及觸診應(yīng)對以上問題。術(shù)中熒光成像(intraoperative fluorescence imaging,IFI)是一種新興的技術(shù),具有改善胸外科手術(shù)的潛力。本文就熒光成像技術(shù)在胸外科手術(shù)中的臨床應(yīng)用進展進行綜述。

        1 術(shù)中熒光成像技術(shù)

        術(shù)中熒光成像需要2個前提:一是一種可以選擇性聚集在特定組織的熒光顯像劑;二是可以檢測這種顯像劑的成像系統(tǒng)。

        顯影劑目前大體可以分為兩大類,一種是非靶向性的吲哚菁綠(ICG),另一種是靶向性藥物(包括EC17和OTL38)。

        ICG是第一個被研究的顯像劑,也是目前使用最為廣泛的顯像劑,最早用于血管灌注顯像以評估胃腸吻合的血供情況,之后陸續(xù)用于肝細胞癌、結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移、乳腺癌及黑色素瘤前哨淋巴結(jié)診斷方面[1,2]。ICG存在“第二窗口效應(yīng)”,即術(shù)前24小時大劑量(5 mg/kg)注射后,ICG可以持續(xù)存在于腫瘤組織中[3],由此開啟了ICG術(shù)中熒光成像的新征程。

        另一類顯影劑為靶向性藥物,目前報道的主要有兩種——EC17和OTL38,這兩種都是葉酸類似物。之所以選擇這類配體,是因為葉酸受體(FRα)通常在某些上皮來源的惡性腫瘤中高表達,F(xiàn)Rα也已成為化療及免疫治療的靶點。臨床前的動物實驗也證明這2種顯像劑的安全性及有效性[4,5]。

        幾種術(shù)中熒光顯像特點對比見表1。

        表1 肺內(nèi)結(jié)節(jié)顯像常用顯像劑特點

        在過去的幾年中,術(shù)中熒光成像的成像系統(tǒng)已經(jīng)廣泛開發(fā)和應(yīng)用。目前常用的系統(tǒng)包括荷蘭的Artemis、加拿大的PINPOINT、美國的Firefly系統(tǒng)以及我國的DPM系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)也同樣面臨一些挑戰(zhàn),如需要優(yōu)化光源以激發(fā)足夠的熒光、需要提高接收器的敏感性以檢測到更低濃度的熒光等[6]。

        2 ICG的臨床應(yīng)用

        2.1 肺內(nèi)結(jié)節(jié)顯像

        對于早期肺癌,精準切除既能完整切除腫瘤,同時也能最大限度保留肺組織。但精準切除仍面臨許多挑戰(zhàn),最關(guān)鍵的是如何定位腫瘤以及確定腫瘤邊界。目前常用的定位方法包括鉤針、微彈簧圈定位,但這些方法大多是有創(chuàng)操作,且準確度有限[7]。而術(shù)中熒光成像不涉及輻射問題,而且操作簡單,識別容易,對于不熟悉這一技術(shù)的外科醫(yī)生更容易理解,使其在肺內(nèi)結(jié)節(jié)切除過程中的臨床應(yīng)用比其他術(shù)中輔助技術(shù)更具吸引力。

        2014年Okusanya等[8]報道評估ICG定位孤立肺結(jié)節(jié)能力的研究,納入8例開胸切除肺結(jié)節(jié),術(shù)前24 h靜脈注射ICG(5 mg/kg),術(shù)中熒光成像技術(shù)顯示18個結(jié)節(jié)中的14個,其中最小結(jié)節(jié)直徑0.2 cm,此外,熒光還檢出5個術(shù)前CT未顯像的癌性結(jié)節(jié)。這一研究初步肯定了ICG定位原發(fā)孤立肺結(jié)節(jié)的能力。隨后靜脈注射ICG的應(yīng)用擴展到肺轉(zhuǎn)移瘤,手術(shù)方式擴展到胸腔鏡手術(shù)[9,10],劑量減少到1 mg/kg[11]。除靜脈注射外,也可術(shù)前經(jīng)皮穿刺注射ICG進行肺小結(jié)節(jié)定位[12,13]。這一方法于結(jié)節(jié)局部注射,不容易擴散,不容易吸收,無導(dǎo)絲留置體內(nèi)。2020年Quan等[14]報道新的給藥途徑——霧化吸入,分別在小鼠、兔及人體上進行研究,均證實通過霧化吸入低濃度(0.25 mg/kg)后短時間(1 h)即可識別肺內(nèi)結(jié)節(jié)。相較于靜脈注射,吸入可以最大限度將藥物聚集于肺組織,降低過敏反應(yīng),且觀察間隔縮短,可以術(shù)中直接給藥,更加方便。

        2.2 肺葉、肺段邊界識別

        葉裂分化不全是肺葉切除術(shù)中外科醫(yī)生面臨的一項挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上,術(shù)者只能依靠肉眼來識別分化不全的葉裂,這往往導(dǎo)致手術(shù)進入肺實質(zhì),造成術(shù)后持續(xù)漏氣。我院2018年報道利用近紅外胸腔鏡結(jié)合ICG對斜裂完全融合的患者進行準確、實時識別[15],在結(jié)扎肺靜脈后,外周注射ICG,實現(xiàn)靶肺葉反染,提示術(shù)中熒光成像可以有效促進術(shù)中對葉間裂的識別,縮短胸腔鏡肺葉切除術(shù)的手術(shù)時間,降低肺葉切除術(shù)相關(guān)漏氣的風(fēng)險。

        而對于肺段切除,如何準確定位段間平面是一大難題。2010年,Misaki等[16]報道將ICG應(yīng)用于肺段切除術(shù):結(jié)扎目標肺段的動脈后,經(jīng)外周注射ICG,借助近紅外熒光顯像可以清楚地看到段間平面的界線(熒光顯像區(qū)域為靶段),8例均獲成功。此后,多個中心對術(shù)中熒光成像這一應(yīng)用進行了驗證[17~20],在這些臨床試驗中,84.6%~100%的患者可以觀察到段間平面,初始顯像時間約為10 s,持續(xù)時間1.5~5 min,均證實術(shù)中熒光成像定位段間平面的可行性。當然,這一方法也具有一定的局限性,由于同樣需要結(jié)扎靶段的動脈,對于存在解剖變異或血管游離困難者,段間平面的范圍可能受到干擾。

        2.3 前哨淋巴結(jié)的識別

        無論對于肺癌還是食管癌,淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移對于術(shù)后分期至關(guān)重要。術(shù)中前哨淋巴結(jié)的病理診斷可以預(yù)測淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險,而如何在術(shù)中準確識別前哨淋巴結(jié)對于外科醫(yī)生而言仍是一項挑戰(zhàn)。Yamashita等[21,22]于2011年報道使用ICG術(shù)中熒光成像在肺癌中進行實時前哨淋巴結(jié)定位的可行性。他們在腫瘤周圍注射10 mg ICG,于即刻及10 min后分別進行成像,在80.3%(49/61)的患者中檢測到前哨淋巴結(jié),無法識別前哨淋巴結(jié)的最常見原因是注射部位ICG滲漏。Nomori等[23]的研究也證實了術(shù)中熒光成像識別前哨淋巴結(jié)的可行性,他們在135例肺段切除術(shù)中腫瘤周圍注射ICG,84%的病例定位了淋巴結(jié)??傮w而言,應(yīng)用術(shù)中熒光成像識別肺癌前哨淋巴結(jié)是一項有前景的技術(shù),但仍需提高其整體檢出率以及檢出的準確性。

        食管癌方面,2012年Yuasa等[24]報道ICG術(shù)中熒光成像用于食管癌淋巴結(jié)清掃術(shù),在腫瘤周圍黏膜下2個區(qū)域注射0.5 ml ICG,95%(19/20)的患者檢測到前哨淋巴結(jié),但有25%(1/4)的假陰性率。Schlottmann等[25]報道9例食管癌術(shù)中腫瘤周圍注射ICG,并進行淋巴結(jié)清掃,其中3例共檢出34枚轉(zhuǎn)移淋巴結(jié),且這3例均被術(shù)中熒光成像識別出前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。但目前為止還沒有一項研究報道可以準確地選擇識別轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)。

        2.4 肺大皰的定位

        胸腔鏡手術(shù)是氣胸標準的手術(shù)方式,然而術(shù)后復(fù)發(fā)仍不能避免。2007年Gotoh等[26]對8例自發(fā)性氣胸術(shù)前注射ICG,通過近紅外熒光胸腔鏡觀察到大皰性病變熒光強度低于正常肺組織,特別是其中3例觀察到白光下檢測不到的病變,術(shù)后病理證實亦為肺大皰。Matsumoto等[27]報道應(yīng)用術(shù)中熒光成像準確描述大皰性病變的輪廓,我院李浩等[28]報道應(yīng)用術(shù)中熒光成像實現(xiàn)胸腔鏡探查陰性的肺大皰邊界顯像,從而輔助肺大皰的精準切除。

        2.5 管狀胃灌注評價

        食管切除胃代食管吻合是目前治療食管癌的主要手術(shù)方式,而術(shù)后吻合口漏是導(dǎo)致并發(fā)癥和死亡的主要原因。管狀胃血流灌注的好壞直接影響吻合口的愈合,因此,評估管狀胃及吻合口的灌注情況格外重要。傳統(tǒng)方法是通過對管狀胃漿膜層進行視診及觸診。2011年,Shimada等[29]報道應(yīng)用近紅外熒光觀察33例食管癌手術(shù)管狀胃血供,吻合前后注射2.5 mg ICG,應(yīng)用熒光可以觀察到管狀胃及吻合口血管網(wǎng)情況。然而仍有3例出現(xiàn)吻合口漏,并未有效避免吻合口漏。2015年,Zehetner等[30]報道150例食管癌切除吻合術(shù)中熒光顯像評估管胃灌注情況,結(jié)果顯示灌注良好組術(shù)后吻合口漏的發(fā)生率顯著降低[2%(2/95) vs. 45%(22/49),P<0.0001]。Koyanagi等[31]的研究也得到類似結(jié)果,40例食管切除術(shù)管胃成形后給予2.5 mg ICG,其中25例管胃血管與網(wǎng)膜血管同時熒光顯像,15例管胃血管顯像延遲,最終同時顯像組吻合口漏0例,延遲顯像組7例(47%)(P<0.001)。以上研究表明,近紅外熒光術(shù)中顯像技術(shù)可以評估管狀胃灌注情況,降低吻合口漏的發(fā)生幾率,進而進一步降低手術(shù)并發(fā)癥及死亡率,在食管癌手術(shù)中有一定的應(yīng)用前景。

        2.6 胸導(dǎo)管術(shù)中顯像及乳糜胸的治療

        乳糜胸是胸部手術(shù)后常見的并發(fā)癥,主要原因為各種因素導(dǎo)致的胸導(dǎo)管損傷。對于乳糜胸,保守治療無效時,需要手術(shù)探查并結(jié)扎胸導(dǎo)管,而術(shù)中定位胸導(dǎo)管主干及漏口則是手術(shù)成功的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的定位方法是術(shù)前胃腸道攝入油脂,這一方法有助于術(shù)中胸導(dǎo)管識別,但整體顯像對比度欠佳,定位效果差[32]。2009年Kamiya等[33]報道一例食管癌術(shù)后乳糜胸應(yīng)用ICG術(shù)中熒光成像行淋巴管造影,將ICG皮下注射到雙側(cè)腹股溝區(qū),借助近紅外設(shè)備術(shù)中可以將胸導(dǎo)管顯像并定位漏口。我院楊鋒等[34]2018年率先報道腔鏡下胸導(dǎo)管顯像,對4例肺癌術(shù)后乳糜胸行胸腔鏡手術(shù),術(shù)前30 min雙側(cè)腹股溝皮下注射ICG 0.2 mg/kg,均成功顯示漏點。Vecchiato等[35]2020年報道19例食管癌術(shù)中胸導(dǎo)管顯像,術(shù)前腹股溝區(qū)注射ICG 0.5 mg/kg,術(shù)中均可以識別胸導(dǎo)管,平均用時52.7 min(35~80 min)。雖然目前相關(guān)的研究還比較少,整體樣本量也不大,但從現(xiàn)有的結(jié)果已經(jīng)不難看出,ICG誘導(dǎo)術(shù)中近紅外熒光胸導(dǎo)管顯像可以有效地顯示胸導(dǎo)管、定位漏口,是術(shù)中預(yù)防胸導(dǎo)管損傷以及損傷后胸導(dǎo)管修復(fù)結(jié)扎的有力手段,不過仍需要進一步研究探索。

        2.7 縱隔腫瘤邊界顯像

        對于大多數(shù)縱隔腫瘤,主要治療方法是手術(shù)完整切除,評估腫瘤能否完整切除的關(guān)鍵在于腫瘤與周圍重要結(jié)構(gòu)的關(guān)系。通常情況下,外科醫(yī)生依然只能通過視診及觸診來判斷腫物的邊界。2016年Keating等[36]報道一例靜脈注射ICG后術(shù)中成功進行胸腺瘤顯像,給ICG術(shù)中熒光成像提供了新的應(yīng)用方向。2019年P(guān)redina等[37]報道一項前瞻性研究,共納入25例前縱隔占位,術(shù)前24 h注射ICG 5 mg/kg,結(jié)果顯示20例實體瘤中有19例熒光顯像,包括胸腺瘤13例,胸腺癌4例,脂肪肉瘤2例。值得一提的是,除了腫瘤顯像外,4例術(shù)中能夠分辨膈神經(jīng)與腫物的關(guān)系,2例發(fā)現(xiàn)術(shù)中殘留病變,使手術(shù)更加安全,腫瘤切除也更加徹底。當然,這方面的應(yīng)用價值仍需更多的研究進一步驗證。

        2.8 交感神經(jīng)節(jié)顯像

        胸腔鏡下交感神經(jīng)切除術(shù)是目前治療手汗癥的有效方式,然而手術(shù)效果及并發(fā)癥存在個體差異,其中一個重要的原因是術(shù)中無法準確定位交感神經(jīng)節(jié)[38]。白光胸腔鏡通常很難直接觀察到交感神經(jīng)節(jié)。我院翁文翰等[39]2016年報道4例外周靜脈注射ICG后,術(shù)中近紅外熒光可見交感神經(jīng)節(jié)顯像。隨后幾年,我院進一步擴大研究范圍:蔡劍橋等[40]報道31例中可清晰觀察到123枚神經(jīng)節(jié),未觀察到藥物相關(guān)不良反應(yīng);裴國田等[41]報道142例中交感神經(jīng)節(jié)的顯示率為96.7%(1369/1415),其中T1~T5分別為98.23%(278/283)、98.23%(278/283)、97.17%(275/283)、95.76%(271/283)和94.35%(267/283),僅1例(0.7%)ICG注射后出現(xiàn)輕度不良反應(yīng);何昆山等[42]的動物實驗和臨床研究進一步驗證了靜脈注射ICG后術(shù)中熒光胸腔鏡交感神經(jīng)節(jié)顯像的安全性及有效性,并從病理組織學(xué)初步探索其成像機制。該技術(shù)可以增加交感神經(jīng)節(jié)術(shù)中定位和切除的準確性,并可能提高交感神經(jīng)切除手術(shù)的質(zhì)量。

        3 靶向顯像劑的應(yīng)用

        關(guān)于ICG的研究在證實其用于肺結(jié)節(jié)術(shù)中熒光顯像的可行性的同時,也暴露出了ICG的局限性。于是出現(xiàn)了特異性更強的靶向熒光探針。

        最初的靶向探針是EC17。Okusanya等[43]的研究納入50例術(shù)前確診肺腺癌患者,46例術(shù)中熒光成像成功識別,腫瘤直徑0.3~7.5 cm,平均2.6 cm,無假陽性,2例顯示術(shù)前未發(fā)現(xiàn)的腫瘤轉(zhuǎn)移(3 mm和6 mm);未識別的4例腫瘤未表達FRα。然而,EC17的穿透深度受限:只有7例病灶于術(shù)中同步顯示。雖然穿透性受限,但靶向探針術(shù)中熒光成像具有高度的特異性。Kennedy等[44]對30例肺結(jié)節(jié)進行術(shù)中熒光成像檢查,與術(shù)中快速冰凍病理和術(shù)后切片免疫組化病理診斷進行比較。結(jié)果顯示19例術(shù)中熒光顯像提示為肺腺癌,其中13例冰凍病理為肺腺癌(其余為不明來源癌4例,鱗狀細胞癌1例,無惡性細胞1例),最終術(shù)后病理則證實全部19例均為肺腺癌;11個未顯像的結(jié)節(jié)術(shù)后病理證實均不是腺癌(3例非肉芽腫,2例原發(fā)性鱗狀細胞癌,2例錯構(gòu)瘤,2例轉(zhuǎn)移性腎細胞腺癌,1例轉(zhuǎn)移性平滑肌肉瘤,1例黏液表皮樣癌)。此研究中,EC17術(shù)中熒光成像對肺腺癌術(shù)中診斷的敏感性和特異性均達到100%,相較于傳統(tǒng)的冰凍病理,無論從檢測速度還是診斷準確性方面都表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢。而針對EC17穿透性限制的問題,開發(fā)出了新的靶向探針——OTL38。Predina等[45]對20例術(shù)前證實為肺腺癌患者進行術(shù)中原位和離體熒光成像,其中16個腫瘤術(shù)中原位顯像,20個腫瘤離體標本均顯像,認為原位顯像與腫瘤距胸膜表面的深度有關(guān);另外,術(shù)中熒光成像還顯示4個術(shù)前影像學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)的亞厘米級惡性結(jié)節(jié)。Predina等[46]的另一項研究對比術(shù)中熒光成像與術(shù)前PET/CT,結(jié)果顯示在診斷惡性結(jié)節(jié)方面兩者具有較高的一致性,而對于小于1 cm的結(jié)節(jié),術(shù)中熒光成像診斷率明顯優(yōu)于PET/CT [100%(15/15) vs. 26.7%(4/15),P<0.001]。

        但目前而言,有關(guān)靶向顯像劑的研究還很有限,基本應(yīng)用也局限于肺結(jié)節(jié)顯像,仍需更多的研究證實并擴大應(yīng)用范圍。

        4 小結(jié)與展望

        綜上所述,我們可以看到術(shù)中熒光顯像技術(shù)在肺結(jié)節(jié)顯像、肺段邊界識別、前哨淋巴結(jié)識別、胸導(dǎo)管顯像、交感神經(jīng)節(jié)顯像等胸外科手術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是隨著近紅外熒光胸腔鏡設(shè)備的發(fā)展,基于ICG的熒光成像的應(yīng)用研究更是成為近幾年的熱點與亮點。

        在愈發(fā)強調(diào)精準治療的今天,熒光成像技術(shù)因其非侵入性、低輻射、低毒性、實時性等特點,在外科精準手術(shù)中具有獨特的優(yōu)勢?;谘汗?yīng)、淋巴引流、“第二窗口”效應(yīng)等多種ICG的代謝方式,胸外科醫(yī)生可以在手術(shù)中輕松定位結(jié)節(jié),識別結(jié)構(gòu)或邊界,從而更加精準地進行手術(shù),以獲得更好的手術(shù)效果。

        當然,術(shù)中熒光顯像技術(shù)在胸外科的應(yīng)用研究仍處于早期階段。一些研究的可重復(fù)性較弱,不同的應(yīng)用中顯像劑(主要是ICG)的最佳劑量尚無定論,某些觀察到的現(xiàn)象仍然無法明確機制等,將來都需要更多的大樣本、高質(zhì)量的研究來幫助驗證。另外,這一技術(shù)本身也存在一些瓶頸:首先,最常用的近紅外光雖然可以減少組織自身熒光的干擾,但受熒光散射的影響,其整體穿透深度仍然有限,未來可能需要開發(fā)識別更長波長的熒光來提高穿透性;其次,目前最常用的ICG不具備靶向性,在特定情況下無法特異性結(jié)合,需要較高劑量或較長時間,雖然目前已經(jīng)有2種靶向葉酸受體的顯像劑,但未來仍需開發(fā)更多能夠靶向腫瘤或特定器官的術(shù)中分子成像藥物。

        相信隨著成像設(shè)備、顯像劑的不斷開發(fā)和完善,相關(guān)研究不斷推進,術(shù)中熒光成像技術(shù)在未來一定會擁有更廣闊的發(fā)展前景,并進一步使胸外科手術(shù)精準化、精細化,提升胸外科手術(shù)的整體水平。

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